(57)【要約】素子を薄くすることができ、かつ少ない工数で安価に製造することができる蓄電デバイスを提供する。少なくとも２つの正極層間に負極層が配置され、正極層と負極層の間にそれぞれセパレータ層が設けられてなる積層体、または、少なくとも２つの負極層間に正極層が配置され、負極層と正極層の間にそれぞれセパレータ層が設けられてなる積層体と、電解液と、積層体と電解液を収納したパッケージと、を有してなる蓄電デバイスであって、積層体において、隣接する正極層及び負極層をそれぞれセパレータ層に直接接合した。
2012002359.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２つの正極層間に負極層が配置され、前記正極層と負極層の間にそれぞれセパレータ層が設けられてなる積層体、または、少なくとも２つの負極層間に正極層が配置され、前記負極層と正極層の間にそれぞれセパレータ層が設けられてなる積層体と、電解液と、前記積層体と前記電解液を収納したパッケージと、を有してなる蓄電デバイスであって、
前記積層体において、隣接する前記正極層及び前記負極層がそれぞれ前記セパレータ層に直接接合されたことを特徴とする蓄電デバイス。
【請求項２】
前記積層体は、前記正極層の端面と前記セパレータ層の端面とを含む第１端面と、前記負極層の端面と前記セパレータ層の端面とを含む第２端面とを有し、前記第１端面と前記第２端面にそれぞれ外部端子電極が設けられた請求項１に記載の蓄電デバイス。
【請求項３】
前記第１端面及び前記第２端面がそれぞれ平滑である請求項２に記載の蓄電デバイス。
【請求項４】
前記外部端子電極がそれぞれ前記セパレータ層と接合している請求項２又は３記載の蓄電デバイス。
【請求項５】
前記セパレータ層が絶縁体粒子を含む請求項１〜４のうちのいずれか１つに記載の蓄電デバイス。
【請求項６】
前記セパレータ層が熱可塑性樹脂を含む請求項１〜５のうちのいずれか１つに記載の蓄電デバイス。
【請求項７】
前記絶縁体粒子が無機フィラーである請求項５又は６に記載の蓄電デバイス。
【請求項８】
少なくとも２つの正極層間に負極層が配置され、前記正極層と負極層の間にそれぞれセパレータ層が設けられてなる積層体、または、少なくとも２つの負極層間に正極層が配置され、前記負極層と正極層の間にそれぞれセパレータ層が設けられてなる積層体と、電解液と、前記積層体と前記電解液を収納したパッケージとを有してなる蓄電デバイスを製造する製造方法であって、
正極層と負極層とをセパレータ層を介して対向するように配置して、圧着若しくは加熱又は加熱しながら圧着することにより前記正極層及び前記負極層及び前記セパレータ層を一体化させることで、隣接する前記正極層及び前記負極層がそれぞれ前記セパレータ層に直接接合された蓄電デバイスを製造することを特徴とする蓄電デバイスの製造方法。
【請求項９】
複数の積層体のそれぞれに対応するように設けられた正極層と負極層とをそれぞれセパレータ層を介して対向するように配置して、圧着若しくは加熱又は加熱しながら圧着することにより前記正極層及び前記負極層をそれぞれ前記セパレータ層に直接接合させる接合工程を含んで、前記積層体が複数一体化された積層集合体が作製され、
前記積層集合体を、それぞれ前記セパレータ層に接合された正極層と負極層とを含んでなる積層体毎に分割すること、をさらに含む請求項８記載の蓄電デバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄電デバイスとその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電気二重層キャパシタ、リチウムイオン二次電池等に代表される高エネルギー密度の蓄電デバイスでは、ロール状に巻かれたシート状の集電箔（アルミニウム箔又は銅箔等）をダイコーター、コンマコーター等に通箔し、集電箔上に活物質（活性炭、リチウム複合酸化物、炭素等）を塗工して、シート状の電極を作製している。そして、シート状の電極を作製した後、電極間の接触による短絡を防ぐため、ロール状に巻かれたシート状のセパレータを電極間に介在させて、これら、電極及びセパレータを捲回もしくは枚葉積層して積層体とし、超音波溶着にてアルミタブもしくはニッケルタブを前記電極と導通接続するように溶着して外部端子電極としている。そして、このように作製したこれら電極群からなる素子をアルミニウム缶又はアルミラミネートフィルム等の外装体に入れ、電解液を注液した後、封止することにより、蓄電デバイスを作製している。【０００３】
ところで、近年、蓄電デバイスの低抵抗化、小型化、エネルギー密度向上が要求されている。このような要求を達成するためには、例えば、特許文献１に開示されているように、セパレータ層を薄くすることが有効である。しかし、特許文献１に開示された技術では、電極間距離が変化したり、電極やセパレータの重なりがずれるおそれがある。そこで、正負極の電極をこれらの間に介在するセパレータに接着層を用いて固着して電極およびセパレータを一体化する技術が特許文献２に提案されている。しかし、このように電極およびセパレータを一体化すると、電極とセパレータとの間が完全に密着して全く隙間のない状態となり、電解液の浸透速度が低下する。そこで、特許文献２では、少なくとも一方の電極のセパレータとの対向面に溝を形成することが提案されている。
なお、セパレータとは、ＪＩＳ  Ｐ  ８１１７に準拠した方法で、デジタル型王研式透気度試験機（旭精工株式会社製「ＥＧ０１−５−１ＭＲ」）を使用し、シリンダー圧０．２５ＭＰａ、測定圧０．０５ＭＰａ、測定内部径３０ｍｍで測定した場合、透気度が１０００ｓｅｃ／１００ｃｃ未満である層のことをいう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−３３４８７７号公報
【特許文献２】ＷＯ９８／４８４６６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献２に開示されているように、電極のセパレータとの対向面に溝を形成すると、活物質の量が減少してエネルギー密度が低下するという問題がある。
また、特許文献２に開示されているように、接着層により電極とセパレータを固着すると、接着層がある分、素子を薄くすることができない上、さらに、接着層を設ける工程が必要で煩雑であるという問題があった。【０００６】
そこで、本発明は、電極間距離の変化及び電極とセパレータ間の剥離やずれが防止でき、かつ素子を薄くすることが可能でしかも少ない工数で安価に製造することができる蓄電デバイスとその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以上の目的を達成するために、本発明に係る蓄電デバイスは、
少なくとも２つの正極層間に負極層が配置され、前記正極層と負極層の間にそれぞれセパレータ層が設けられてなる積層体、または、少なくとも２つの負極層間に正極層が配置され、前記負極層と正極層の間にそれぞれセパレータ層が設けられてなる積層体と、電解液と、前記積層体と前記電解液を収納したパッケージと、を有してなる蓄電デバイスであって、
前記積層体において、隣接する前記正極層及び前記負極層がそれぞれ前記セパレータ層に直接接合されたことを特徴とする。
ここで、本明細書において、「積層」とは、層を順次積み重ねること及び「巻回」も含む意味である。
以上のように構成された本発明に係る蓄電デバイスは、前記正極層及び前記負極層の両方が前記セパレータ層に直接接合されているので、正極層と負極層間の距離が変化したり、正極層若しくは負極層とセパレータ層間にずれが生じたりすることがなく、エネルギー密度の低下が防止できる。
また、充放電時にガスが発生した場合であっても、正極層とセパレータ層間が剥離したり、負極層とセパレータ層間が剥離したりすることがないので、電極間が開くことがなく、また、剥離してできた空間に前記ガスがトラップされることがなくなるため、抵抗値の上昇を防止できる。
また、接着層を形成することなく前記正極層及び前記負極層が前記セパレータ層に直接接合されているので、電解液の浸透速度の低下が防止でき、さらに、接着層がない分、薄くでき、接着層を形成する工程を省くことができることから製造コストを安くできる。
さらに、本発明に係る蓄電デバイスは、正極層の間に、負極層が配置され、正極層と負極層の間にそれぞれセパレータ層が設けられてなる積層体又は負極層の間に、正極層が配置され、正極層と負極層の間にそれぞれセパレータ層が設けられてなる積層体を含むので、蓄電容量を大きくできる。【０００８】
また、本発明に係る蓄電デバイスでは、前記積層体が、前記正極層の端面と前記セパレータ層の端面とを含む第１端面と、前記負極層の端面と前記セパレータ層の端面とを含む第２端面とを有し、前記第１端面と前記第２端面にそれぞれ外部端子電極を設けるようにできる。
このようにすると、複数の正極層を一括して外部端子電極に接続することや、複数の負極層を一括して外部端子電極に接続することが可能となるので、それぞれの正極層及び負極層からリード端子を引き出してそのリード端子をそれぞれ外部端子電極に接続する必要がないことから、工程が簡略化され、また、リード端子がない分、電気抵抗を低減できる。
さらに、前記第１端面と前記第２端面にそれぞれ外部端子電極を設けるようにした積層体は、例えば、パッケージに収納する際、リード線を介することなくパッケージ電極に接続するリードレス構造とできるので、省スペース化及び小型化が可能になる。【０００９】
また、本発明に係る蓄電デバイスでは、前記第１端面及び前記第２端面がそれぞれ平滑であることが好ましい。
このように、前記第１端面及び前記第２端面が平滑であると、例えば、製造過程において前記端面に外力がかかった場合に、セパレータ層の端部の欠けや正若しくは負極層とセパレータ層間の剥離を防止でき、また、正極層と負極層の接触や短絡を防止できる。
また、前記平滑な第１端面及び第２端面に外部端子電極を設けることにより、外部端子電極の形成が容易となる。さらに、前記平滑な第１端面及び第２端面に外部端子電極を密着させることが容易であり、より電極抵抗を低くでき、かつ外部端子電極の接合強度を高くすることができる。
また、第１端面及び第２端面が平滑でない場合には、平滑でない端面の凹部と外部端子電極の間の空間に前記ガスがトラップされ、高温使用時などにこのガスが膨張して、外部端子電極の剥離が生じることがあるが、第１端面及び第２端面が平滑である場合にはかかる外部端子電極の剥離が生じにくい。【００１０】
また、本発明に係る蓄電デバイスでは、前記外部端子電極がそれぞれ前記セパレータ層と接合していることが好ましい。
このように、外部端子電極とセパレータ層が接合していると、外部端子電極の積層体への接合強度がより強固となる。
また、電極層，セパレータ層，外部端子電極が一体となるので、電極間距離の変化及び電極とセパレータ間の剥離やズレがより防止できる。【００１１】
また、本発明に係る蓄電デバイスでは、前記積層体が、前記正極層の端面と前記セパレータ層の端面とを含む第１端面側において前記負極層の端面がセパレータ層に覆われて第１端面に形成された外部端子電極と確実に絶縁され、前記負極層の端面と前記セパレータ層の端面とを含む第２端面側において前記正極層の端面がセパレータ層に覆われて第２端面に形成された外部端子電極と確実に絶縁されていることが好ましい。
これにより、積層体に直接外部端子電極が設置された場合に、正極層及び負極層の端面と異極層との端面のショートを容易に防止できる。
さらに、この外部端子電極と絶縁されるべき正極層及び負極層の各端面を覆うセパレータ層によってその上下の負極層間の及び正極層間の距離を所定の間隔に保つことが可能になる。
このため、積層体の端面に直接外部端子電極を設置した場合に、外部端子電極と絶縁されるべき正極層又は負極層の各端面を覆うセパレータ層の位置が動いたりしてズレることが防止できる。これにより、端面に設けられた外部端子電極が裂けるなどして電気導電性が切断されることが防止でき、外部端子電極の全体にわたって連続した電気導電性を確保することが容易となる。【００１２】
さらに、本発明に係る蓄電デバイスでは、前記セパレータ層が絶縁体粒子を含むことが好ましい。
このように、前記セパレータ層が絶縁体粒子を含むことにより、製造過程の積層工程などにおいて、各層を加圧した場合などにもセパレータ層の収縮や空孔率の減少を抑えることができる。
また、本発明に係る蓄電デバイスでは、前記セパレータ層が熱可塑性樹脂を含むことが好ましい。【００１３】
また、本発明に係る蓄電デバイスでは、前記絶縁体粒子が無機フィラーであることが好ましい。
このようにすると、無機フィラーは例えば有機フィラーに比べて高い耐熱性及び高い強度を有しているので、表面実装に耐えうる耐熱性を有する蓄電デバイスとでき、また、製造過程における熱圧着時等の加熱される工程でのセパレータ層の劣化や空孔率の減少を抑えることができる。【００１４】
本発明に係る蓄電デバイスの製造方法は、
少なくとも２つの正極層間に負極層が配置され、前記正極層と負極層の間にそれぞれセパレータ層が設けられてなる積層体、または、少なくとも２つの負極層間に正極層が配置され、前記負極層と正極層の間にそれぞれセパレータ層が設けられてなる積層体と、電解液と、前記積層体と前記電解液を収納したパッケージとを有してなる蓄電デバイスを製造する製造方法であって、
正極層と負極層とをセパレータ層を介して対向するように配置して、圧着若しくは加熱又は加熱しながら圧着することにより前記正極層及び前記負極層及び前記セパレータ層を一体化させることで、隣接する前記正極層及び前記負極層がそれぞれ前記セパレータ層に直接接合された蓄電デバイスを製造することを特徴とする。
以上の本発明に係る蓄電デバイスの製造方法では、正極層と負極層とをセパレータ層を介して対向するように配置して、圧着若しくは加熱又は加熱しながら圧着することにより前記正極層及び前記負極層を前記セパレータ層に直接接合することを含むので、接着層を形成することなく前記正極層及び前記負極層を前記セパレータ層に接合することができる。
このように、正極層及び負極層がセパレータ層に接合されていると、例えば、充放電時にガスが発生した場合であっても、電極間が開くことがなく、積層体の外形、特に積層体の端面の形状が変形することなく保持されるため、端面に形成される外部端子電極の剥がれを防止できる。【００１５】
本発明に係る蓄電デバイスの製造方法では、
複数の積層体のそれぞれに対応するように設けられた正極層と負極層とをそれぞれセパレータ層を介して対向するように配置して、圧着若しくは加熱又は加熱しながら圧着することにより前記正極層及び前記負極層をそれぞれ前記セパレータ層に直接接合させる接合工程を含んで、前記積層体が複数一体化された積層集合体を作製するようにし、
前記積層集合体を、それぞれ前記セパレータ層に接合された正極層と負極層とを含んでなる積層体毎に分割すること、をさらに含むことが好ましい。
このようにすると、積層体を個別に作製するよりも効率よく蓄電デバイスを作製することができる。
【発明の効果】
【００１６】
以上説明したように、本発明によれば、電極間距離の変化及び電極とセパレータ間の剥離やずれが防止でき、素子を薄くすることが可能でしかも少ない工数で安価に製造することができる蓄電デバイスとその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る実施形態の蓄電デバイスにおける積層体１の一部を断面図にして示す斜視図である。
【図２】実施形態の蓄電デバイスの断面図である。
【図３】本発明の実施例における製造工程の一部の工程を示す断面図であり、  （１）は、正極集合シートの一ブロックを打ち抜いて吸着盤８０に吸引・固定して基材ＰＥＴフィルムから剥離する工程を示し  （２）は、吸着盤８０に吸引・固定した正極集合シートを別の正極集合シートと貼り合わせる工程を示し、  （３）は、２つの正極集合シートを正極集電体層２１ａが対向するように貼り合わせた正極・正極一体化シートの断面を示し、  （４）は、２つの負極集合シートを負極集電体層３１ａが対向するように貼り合わせた負極・負極一体化シートの断面を示す。
【図４】本発明の実施例における製造工程の一部の工程を示す断面図であり、  （５）は、正極・正極一体化シート２０と負極・負極一体化シート３０とを交互に貼り合わす工程の図であり、  （６）は、正極一体化シート２０ａと負極一体化シート３０ａの間に、正極・正極一体化シート２０と負極・負極一体化シート３０とが交互に積層された積層集合体の断面を示す。
【図５】本発明に係る実施例の電気二重層コンデンサの等価直列容量の周波数特性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照しながら、本発明に係る蓄電デバイスについて説明する。
本発明に係る実施形態の蓄電デバイスは、図１に示す積層体１を備えている。
積層体１は、図１に示すように、正極層２１と負極層３１とが交互に配置され、正極層２１と負極層３１の間にはそれぞれセパレータ層１１が設けられることにより構成される。ここで、実施形態の蓄電デバイスは、詳細後述するように、正極層２１と負極層３１とがそれぞれセパレータ層１１に直接接合されている。
【００１９】
また、正極層２１は、正極集電体層２１ａとその両面に形成された正極活物質層２１ｂとによって構成され、負極層３１は、負極集電体層３１ａとその両面に形成された負極活物質層３１ｂとによって構成される。
また、実施形態の積層体１では、対向する２つの端面のうちの一方の第１端面２には、
正極集電体層２１ａの一端面が露出され、他方の第２端面３には、負極集電体層３１ａの一端面が露出されている。
【００２０】
そして、積層体１の第１端面２には、正極集電体層２１ａの一端面に接続されるように正極外部端子電極２１ｔが形成され、積層体１の第２端面３には、負極集電体層３１ａの一端面に接続されるように負極外部端子電極３１ｔが形成されている。
【００２１】
この正極外部端子電極２１ｔが形成される第１端面２と負極外部端子電極３１ｔが形成される第２端面３はそれぞれ、セパレータ層１１の端面と正極集電体層２１ａの一端面若しくは負極集電体層３１ａの一端面とが実質的に同一平面上に位置するように平滑であることが好ましい。
このように、積層体１において、第１端面２及び第２端面３が平滑であると、後述するように、例えば、製造過程において積層体に外力がかかった場合に、セパレータ層１１の端部の欠けを防止でき、また、正極層２１と負極層３１の接触や短絡を防止できる。
【００２２】
以上のように構成された積層体１は、図２に示すように、電解液が注入されたパッケージ５０の内部に配置される。このパッケージ５０は、例えば、耐熱樹脂である液晶ポリマーによって構成されたベース部５０ｂと蓋体５０ａからなり、ベース部５０ｂには正極パッケージ電極４１と負極パッケージ電極４２とが分離して設けられている。
ベース部５０ｂにおいて、積層体１の正極外部端子電極２１ｔは、ベース部５０ｂの正極パッケージ電極４１に接続され、負極外部端子電極３１ｔは負極パッケージ電極４２に接続される。
尚、図１や２では、正極集電体層２１ａ及び負極集電体層３１ａを全て同じ厚さに描いており、正極活物質層２１ｂ及び負極活物質層３１ｂを全て同じ厚さに描いているが、本発明では、例えば、最上層と最下層に位置する正極集電体層２１ａや負極集電体層３１ａの厚さを他の集電体層に比較して薄くするなど、適宜厚さを変更することも可能である。
【００２３】
以下、実施形態の各構成要素についてより詳細に説明する。
本発明に係る蓄電デバイスとしては、リチウムイオン二次電池、リチウムイオンキャパシタ及び電気二重層キャパシタ等が挙げられるが、蓄電デバイスの種類によって、以下のような材料が使用できる。
【００２４】
＜リチウムイオン二次電池＞
リチウムイオン二次電池では、正極集電体層２１ａとして、例えば、アルミニウム箔を用い、そのアルミニウム箔上にＬｉＣｏＯ２のようなリチウム複合酸化物を含む合剤層を正極活物質層２１ｂとして設けた電極を正極層２１として用いる。
また、負極集電体層３１ａとして、例えば、銅箔を用い、その銅箔上にグラファイトを含む合剤層を負極活物質層３１ｂとして設けた電極を負極層３１として用いる。
そして、エチレンカーボネートとジエチルカーボネートの混合溶媒に１ｍｏｌ／ｌのＬｉＰＦ６を溶解させたものを電解液として使用することにより、リチウムイオン二次電池を作製することができる。
【００２５】
＜リチウムイオンキャパシタ＞
リチウムイオンキャパシタでは、正極集電体層２１ａとして、例えば、アルミニウム箔を用い、そのアルミニウム箔上に活性炭を含む合剤層を正極活物質層２１ｂとして設けた電極を正極層２１として用いる。
また、負極集電体層３１ａとして、例えば、銅箔を用い、その銅箔上にグラファイトを含む合剤層を負極活物質層３１ｂとして設けた電極を負極層３１とし、その負極層３１にさらにリチウムイオンをプレドープする。
そして、エチレンカーボネートとジエチルカーボネートの混合溶媒に１ｍｏｌ／ｌのＬｉＰＦ６を溶解させたものを電解液として使用することにより、リチウムイオンキャパシタを作製することができる。
【００２６】
＜電気二重層キャパシタ＞
電気二重層キャパシタでは、正極集電体層２１ａとして、例えば、アルミニウム箔を用い、そのアルミニウム箔上に炭素材料、例えば活性炭を含む合剤層を正極活物質層２１ｂとして設けた電極を正極層２１として用いる。
また、負極集電体層３１ａとして、例えば、アルミニウム箔を用い、そのアルミニウム箔上に炭素材料、例えば活性炭を含む合剤層を設けた電極を負極層３１とする。
そして、プロピレンカーボネートに１ｍｏｌ／ｌのトリエチルメチルアンモニウムテトラフルオロボレートを溶解させたものを電解液として使用することにより、電気二重層キャパシタを作製することができる。
【００２７】
（正極、及び負極層の作製）
正極層２１及び負極層３１は、活物質（活性炭、リチウム複合酸化物、炭素等）を正極集電体層２１ａ及び負極集電体層３１ａ上に、コンマコーター、ダイコータ、グラビア印刷工法等で塗工することで作製される。より好ましくは、スクリーン印刷工法にて塗工することで作製される。スクリーン印刷では、正極集電体層２１ａや負極集電体層３１ａにかかる塗工時のテンションが低いため、より薄い膜厚の集電体を使用することができる。
【００２８】
（セパレータ層１１の作製及び圧着）
また、セパレータ層１１の作製においては、セパレータ層１１の成分を含むスラリーを正極層２１又は／及び負極層３１上に、塗布することによって作製することができる。セパレータ層用スラリーの塗布は、コンマコーター、ダイコータ、グラビア印刷工法等でも塗布することができるが、スクリーン印刷工法にて塗工して作製することが好ましい。
【００２９】
以上のように正極層２１又は／及び負極層３１上にセパレータ層１１を形成した後、例えば、セパレータ層１１を介して正極層２１及び負極層３１を対向させて圧着することで、セパレータ層１１と正極層２１及び負極層３１が接合される。また圧着時に加熱することにより、より強固に圧着することができる。このように正極層−セパレータ層−負極層が接合されて一体化されることで、製造時におけるセパレータ層１１の剥離・脱落による正極層２１と負極層３１間の短絡を防ぐことができる。
この圧着時においては、例えば、セパレータ層１１として、カルボキシメチルセルロースを使用した場合、カルボキシメチルセルロースのガラス転移温度が４５℃であるから、４５℃以上で加熱することが好ましい。このようにすると、カルボキシメチルセルロースが可塑化することにより、セパレータ層１１の両面に正極層２１及び負極層３１をより確実に接合できる。
セパレータ層１１としては、カルボキシメチルセルロース以外にも熱可塑性樹脂や、エポキシ樹脂やポリイミド、ポリアミドイミド、ポリアミドなどの熱硬化性樹脂を使用することができる。ポリアミドイミドとしては、東洋紡製のＨＲ−１１ＮＮなどが挙げられる。
この中で、熱可塑性樹脂はガラス転移温度または融点まで加熱することによって軟らかくなるため、加熱又は加熱しながら圧着することで接合対象である電極層やセパレータ層との接触面積が大きくなり、強い接合が得られるため好ましい。
また、熱可塑性樹脂であるポリフッ化ビニリデン（以下、ＰＶＤＦ）はスラリーが安定し、かつ、耐熱性及び耐溶剤性に優れ、点結着することにより活物質を完全に覆わず、優れた充放電反応特性を得ることができる。
また、熱硬化性樹脂は耐熱性が高く、結着力が強く、化学的安定性に優れ、熱可塑性樹脂と比較して高強度であるため、積層体の強度が向上する。
さらに、セパレータ層が有機化合物の網目構造を有することにより、例えば無機粒子を焼結することでセパレータ層が形成されているような場合と比較して、積層体や蓄電デバイスに曲げや衝撃に対して高い耐性を持たすことができる。
【００３０】
なお、接合部位は、主面でも良いし、端面又は側面でも良いし、あるいは、その両方であっても良い。
また、本発明では、正極層２１と負極層３１とをセパレータ層１１を介して交互に積層した後に、圧着するようにしてもよく、このようにすると圧着工程の回数を減らすことができる。
このように正極層２１と負極層３１とをセパレータ層１１を介して交互に積層した積層体においては、正極層２１と負極層３１を積層するごとに、圧着や加熱などにより仮接合を行って全て積層した後に、本接合を施すようにすることが好ましい。
このようにすると、積層時に、正極層２１と負極層３１間の位置を精度よく逐次積層することが可能になる。また、本接合は、複数の積層体１が複数個まとめて形成された積層集合体で行ってもよいし、積層集合体を個片化した後に、積層体毎に行ってもよい。
【００３１】
セパレータ層１１は、絶縁体粒子を含むことが好ましい。セパレータ層１１が絶縁体粒子を含むことにより、積層工程などにおいて、各層を圧迫した場合にもセパレータ層１１の収縮又は空孔の埋没を抑えることができ、より効率的に正極層２１と負極層３１間の良好な絶縁状態を維持できる。
【００３２】
セパレータ層１１に含有させる絶縁体粒子としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）のような有機物粒子や、シリカやアルミナのような無機フィラー、あるいはそれらを混合して使用することができる。表面実装に耐えうる耐熱性を得るため、及び、硬度が高く積層体１の熱圧着時に空孔をより効率的に保持することができるために、無機フィラーを使用することが好ましい。さらに、破砕シリカなどの三次元方向に不定形な絶縁体粒子を使用すると、粒子間でより空隙が生じ、イオンの導電パスが確保されて蓄電デバイスの低抵抗化が可能となるため、より好ましい。
【００３３】
また、これらの絶縁体粒子の平均粒子径（Ｄ５０）は特に限定されるものではないが、
２μｍ以下であることが望ましい。粒子が重ならないように１粒子のみを平面的に均一に塗工することは困難であり、通常、セパレータ層１１中には２つないし３つ以上の粒子が厚さ方向に存在する。例えば、３つの粒子がセパレータ層１１中に厚さ方向に存在した場合、平均粒子径（Ｄ５０）が２μｍ以下であれば、セパレータ層１１の厚みを平均６μｍ以下とでき、より小型の蓄電デバイスを供給することができる。
なお、本実施形態では、セパレータ層１１は、セパレータ層１１の成分を含むスラリーを正極層２１又は／及び負極層３１上に塗布することによって作製されたが、正極層２１や負極層３１とは別に、例えば、基材ＰＥＴフィルム上にセパレータ層１１の成分を含むスラリーを塗布することによって作製・準備されてもよい。
【００３４】
複数個の積層体１が一体化された積層集合体は、ダイサーカットやギロチンカットで切断することにより個片化することができる。これにより、１個１個の積層体を個別に作製するよりも、より効率的に生産性の高い蓄電デバイスを作製することができる。
【００３５】
個片化した後の積層体１の端面は、実質的に平滑であることが好ましい。積層体１の端面が平滑でない場合、例えば、セパレータ層１１の端面が正極層２１及び負極層３１の端面より内側に陥没しているように場合には、正極層２１及び負極層３１との短絡やセパレータ層１１との間の層間剥離が生じやすくなる。また、正極層２１及び負極層３１の端面がセパレータ層１１の端面より内側に陥没しているように場合には、セパレータ層１１が割れやすくなり、セパレータ層１１に応力がかかった際の割れに起因して正極層２１及び負極層３１との短絡が生じやすくなる。すなわち、突出したセパレータ層１１が割れる際には、正極層２１又は負極層３１の端部が支点になって正極層２１又は負極層３１の端面より内側に陥没した割れが生じることもあり、そのような陥没した割れにより正極層２１及び負極層３１との短絡が生じやすくなる。また、正極層２１及び負極層３１とセパレータ層１１との間の層間剥離も生じやすくなる。
したがって、積層体１の端面が実質的に平滑であれば、セパレータ層１１や正極層２１、負極層３１に応力が生じた際にもショートを生じにくくなる。さらに、セパレータ層１１と正極層２１間、セパレータ層１１と負極層３１間の層間剥離が生じにくくなる。
【００３６】
また、端面が実質的に平滑であれば、正極外部端子電極２１ｔ及び負極外部端子電極３１ｔを密着性良く形成することが容易であり、電気抵抗を低減することが可能になる。また、正極外部端子電極２１ｔ及び負極外部端子電極３１ｔの接合強度を向上させることができるのに加えて、セパレータ層１１により正極層２１及び負極層３１が接合された積層体１において、充放電時にガスが発生した場合、正極層２１若しくは負極層３１とセパレータ層１１の間が開くことがなく、前記端面の形状が保持されるため、正極外部端子電極２１ｔ及び負極外部端子電極３１ｔの剥離を防止できる。さらに、ガスが正極層２１若しくは負極層３１とセパレータ層１１の間に残存しにくく、抵抗値が上昇しにくい。
また、端面が平滑でない場合、端面の凹部と外部端子電極の間の空間にガスがトラップされ、高温使用時などにこのガスが膨張して、端面からの外部端子電極の剥離が生じ易くなる。
【００３７】
（正極外部端子電極２１ｔ及び負極外部端子電極３１ｔ）
正極外部端子電極２１ｔ及び負極外部端子電極３１ｔは、以下のようにして形成することができる。
ここで、正極外部端子電極２１ｔ及び負極外部端子電極３１ｔは、例えば、スパッタリングによりＡｌを付着させることにより形成することができる。
側面に正極外部端子電極２１ｔ及び負極外部端子電極３１ｔが形成された積層体１は、
正極パッケージ電極４１及び負極パッケージ電極４２を備えたパッケージ内に電解液とともに収納され、蓄電デバイスが作製される。
パッケージに積層体１を収納する際、例えば、正極外部端子電極２１ｔ及び負極外部端子電極３１ｔ上に、導電性粒子として金を含有する導電性接着剤をディッピングにより塗布して、その導電性接着剤が、それぞれ正極パッケージ電極及び負極パッケージ電極に接続されるように、積層体１を配置する。
そして、積層体１が配置されたパッケージを例えば、１７０℃で１０分加熱して、導電性接着剤を硬化させて、積層体１をパッケージ電極に固定するとともに、正極外部端子電極２１ｔ及び負極外部端子電極３１ｔをそれぞれ正極パッケージ電極４１及び負極パッケージ電極４２に電気的に接続する。
導電性粒子としては、金の他にカーボン、銀、銅、アルミニウムなどが用途によって用いられる。
尚、正極外部端子電極２１ｔ及び負極外部端子電極３１ｔは、積層体１の側面に直接導電性接着剤をディッピングにより塗布するようにして形成してもよい。
正極外部端子電極２１ｔ及び負極外部端子電極３１ｔは、蒸着、スパッタリング、イオンプレーティング、溶射、コールドスプレー、めっきなどにより積層体１の端面に直接導電皮膜を形成するようにしてもよい。この場合、導電皮膜として形成された正極外部端子電極２１ｔ及び負極外部端子電極３１ｔ上に、上述した導電性接着剤を塗布して、正極外部端子電極２１ｔと負極外部端子電極３１ｔとが、塗布した導電性接着剤によってそれぞれ正極パッケージ電極４１及び負極パッケージ電極４２に接続されるように、積層体１をパッケージのベース部５０ｂの中に配置して、上述と同様に加熱して硬化させて接続すればよい。
【００３８】
さらに、ベース部５０ｂ内に電解液を注液して、蓋体５０ａにより封止することにより、蓄電デバイスが完成する。
この電解液としては、蓄電デバイスとしてそれぞれ、リチウムイオン二次電池を作製する場合は、一般にリチウムイオン二次電池において使用される電解液を使用することができ、リチウムイオンキャパシタを作製する場合は、一般にリチウムイオンキャパシタにおいて使用される電解液を使用することができ、電気二重層キャパシタを作製する場合は、一般に電気二重層キャパシタにおいて使用される電解液を使用することができる。
【００３９】
例えば、一般的に蓄電デバイスで使用されているジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、プロピレンカーボネート、アセトニトリルから選択される、又はこれらを混合した有機溶媒に、ＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＴＦＳＩ等のＬｉ塩を溶解させた電解液や、前記有機溶媒に、テトラメチルアンモニウムテトラフルオロボレート、トリエチルメチルアンモニウムテトラフルオロボレート、１−エチル−３−メチルイミダゾリウムテトラフルオロボレート、１−エチル−３メチルイミダゾリウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミドを溶解させた電解液などが挙げられる。なお、電気二重層キャパシタにおいては、電解液として、１−エチル−３−メチルイミダゾリウムテトラフルオロボレート、１−エチル−３メチルイミダゾリウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミドのようなイオン液体を用いる場合、有機溶媒を実質的に含まないイオン液体のみを電解液として使用することができる。有機溶媒を実質的に含まないイオン液体を用いた場合、イオン液体は高温まで蒸気圧が低いため、高温での膨張が抑制でき、耐熱性の高い蓄電デバイスを供給することができる。また、１−エチル−３−メチルイミダゾリウムテトラフルオロボレートは、１−エチル−３メチルイミダゾリウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミドなどと比較してアニオンであるテトラフルオロボレートのイオン半径が小さく、導電率が高いため、より低抵抗の蓄電デバイスを供給することができる。
【実施例】
【００４０】
実施例として、以下の工程で電気二重層コンデンサを作製した。【００４１】
工程１（集電体の作製）
離形層としてワックスが塗布された基材ＰＥＴフィルム上に、厚さ０．５μｍのアルミニウム層を蒸着にて形成した。
蒸着により形成したアルミニウム層の表面に、スクリーン印刷によりエッチングマスクレジストをパターン塗布、乾燥した。レジストは関西ペイント製アレスＳＰＲを用いた。その後、このフィルムを４０℃の塩化第二鉄水溶液に浸漬し、アルミニウム層をパターニングした。
その後、このフィルムを有機溶剤中に浸漬し、レジストを剥離した後、硫酸とフッ酸の混合水溶液に浸漬して、アルミニウム層表面の酸化層を取り除き、正極集電体層２１ａとした。【００４２】
工程２
（１）活物質層用スラリーの作製
活性炭（ＢＥＴ比表面積１６６８ｍ２／ｇ、平均細孔直径１．８３ｎｍ、平均粒子径（Ｄ５０）１．２６μｍ）を２９．０ｇ、カーボンブラック（東海カーボン株式会社製「ト
ーカブラック＃３８５５」、ＢＥＴ比表面積９０ｍ２／ｇ）を２．７ｇ、秤量して、１０００ｍｌのポットに入れ、さらに直径２．０ｍｍのＰＳＺ製粉砕メディア及び２８６ｇの脱イオン水を入れ、転動ボールミルを用いて１５０ｒｐｍで４時間混合して分散を行った。その後、３．０ｇのカルボキシメチルセルロース（ダイセル化学工業株式会社製「ＣＭＣ２２６０」）と３８．８ｗｔ％のポリアクリレート樹脂水溶液２．０ｇを、分散を行った後のポットに入れて、さらに２時間混合して活物質層用スラリーを作製した。
（２）活物質層用スラリーの塗工
版厚５μｍの＃５００メッシュスクリーン印刷版を使用し、正極集電体層２１ａ上の活物質層塗工部に上記の方法で作製した活物質層用スラリーをスクリーン印刷し、１００℃にて３０分間乾燥して、厚さ６μｍの正極活物質層２１ｂを形成した。
これにより、正極集電体層２１ａと正極活物質層２１ｂとからなる正極層２１を形成した。
尚、正極活物質層２１ｂは、図１に示すように、積層体１の第１端面２において正極外部端子電極２１ｔに直接接続されないように第１端面２から所定の間隔だけ隔てて形成される。このように構成するため、活物質層用スラリーは、後述の工程６において切断された際にその切断面から所定の幅の未塗工領域が形成されるようにスクリーン印刷される。【００４３】
工程３
（１）セパレータ層用スラリーの作製
５００ｍｌのポットにシリカ（電気化学工業（株）製、平均粒子径（Ｄ５０）０．７μ
ｍ）を５０ｇと、溶剤としてメチルエチルケトンを５０ｇ投入した。さらに直径５ｍｍのＰＳＺ製粉砕メディアを入れ、転動ボールミルを用いて１５０ｒｐｍで１６時間混合し、分散を行った。その後、ＰＶＤＦのバインダ溶液（クレハ製  Ｌ＃１１２０、分子量２８万、１２ｗｔ％溶液）を入れて転動ボールミルを用いて１５０ｒｐｍで４時間混合し、セパレータ層用スラリーを作製した。
（２）セパレータ層用スラリーの塗工
版厚５μｍの＃５００メッシュスクリーン印刷版を使用し、上記の方法で作製したセパレータ層用スラリーを正極層２１上に塗工し、１２０℃にて３０分間乾燥し、厚さ３μｍのセパレータ層１１を作製した。【００４４】
以上のようにして、セパレータ層１１に複数の正極層２１が形成された正極集合シートを基材ＰＥＴフィルム上に形成した。
尚、同様にして、このセパレータ層１１に複数の正極層２１が形成された正極集合シートをもう一枚作製した。【００４５】
さらに、同様にして、セパレータ層１１に複数の負極層３１が形成された負極集合シートを基材ＰＥＴフィルム上に形成したものを２枚作製した。【００４６】
工程４
次に、図３（１）に示すように、正極集合シートのブロックを打ち抜いて吸着盤８０に吸引・固定し、基材ＰＥＴフィルム１００を剥離した。
工程５
次に、図３（２）に示すように、同様にして準備した基材ＰＥＴフィルムが剥離された別の正極集合シートの打ち抜きブロックに、吸着盤８０に吸引・固定した正極集合シートの打ち抜きブロックを正極集電体層２１ａ同士が対向するように重ねて配置した。この重ねて配置された正極集合シートの両側から、全面を均等に図示しない加圧板で加圧して、正極集合シート同士を接合した。このとき、加圧板の温度は１５０℃、加圧の圧力は０．０５ＭＰａ、加圧時間は１分とした。【００４７】
この工程４と工程５により、図３（３）に示す、セパレータ層１１の内部に正極層２１が埋設された正極・正極一体化シート２０を作製した。
同様にして、図３（４）に示す、セパレータ層１１の内部に負極層３１が埋設された負極・負極一体化シート３０を作製した。【００４８】
そして、正極・正極一体化シート２０と負極・負極一体化シート３０とを図４（５）に示すように交互に熱圧着して貼り合わせて、図４（６）に示す、合わせて４枚の一体化シートが積層されてなる積層集合体を作製した。熱圧着は、加圧板の温度を１５０℃、加圧の圧力を０．０５ＭＰａとし、加圧時間はそれぞれ１分とした。【００４９】
ここで、本実施例の積層集合体では、図４（６）に示すように、正極集電体層２１ａの片面のみに正極活物質層２１ｂが形成された正極層がセパレータ層１１に埋設されてなる正極一体化シート２０ａを最上層に設け、負極集電体層３１ａの片面のみに負極活物質層３１ｂが形成された負極層がセパレータ層１１に埋設されてなる負極一体化シート３０ａを最下層に設けた。
すなわち、本実施例では、積層集合体を作製する際、負極一体化シート３０ａの上に正極・正極一体化シート２０と負極・負極一体化シート３０とを交互に積層して最後に正極一体化シート２０ａを貼り合わせるようにした。
また、正極一体化シート２０ａは、図３（１）に示す正極集合シートの正極集電体２１ａが形成されている面に、基材ＰＥＴフィルム上にセパレータ層の成分を含むスラリーを塗布、乾燥することにより作製した３μｍ厚のセパレータ層を貼り合わせることにより作製した。負極一体化シート３０ａについても、同様にして負極集合シートの負極集電体３１ａが形成されている面に、３μｍ厚のセパレータ層を貼り合わせることにより作製した。
以上のようにして、本実施例１では、正極層２１と負極層３１がセパレータ層１１によって接合された積層集合体を作製した。【００５０】
工程６
以上の積層集合体を図４（６）に示す裁断線Ｄ１に沿ってダイサーにより個片化して、
積層体１を作製した。
積層体１の寸法は、長さ４．７ｍｍ、幅３．３ｍｍ、とした。
尚、以上の説明で参照した図３（１）〜（４）及び図４（５）（６）では、作図上の制約により、セパレータ層１１、正極層２１及び負極層３１等を厚く描いているが、実寸法を正確に拡大又は縮小したものではない。
また、明細書に添付した他の図面についても、大きさ又は位置関係を作図上の制約又は理解し易いように適宜変形又は誇張して示している。【００５１】
工程７
正極外部端子電極２１ｔと負極外部端子電極３１ｔをＡｌスパッタにより形成した。【００５２】
工程８
第１端面２及び第２端面２に、導電性粒子として金を含有する導電性接着剤をディッピングにより塗布して、塗布した導電性接着剤がそれぞれ正極パッケージ電極４１及び負極パッケージ電極４２に接続されるように、積層体１をパッケージ５０のベース部５０ｂに配置して、１７０℃で１０分加熱して、導電性接着剤を硬化させた。【００５３】
以上の工程７及び８により、第１端面２及び第２端面２にそれぞれ正極外部端子電極２１ｔ及び負極外部端子電極３１ｔを形成するとともに、正極外部端子電極２１ｔ及び負極外部端子電極３１ｔをそれぞれ正極パッケージ電極４１及び負極パッケージ電極４２に電気的に接続した。【００５４】
工程９
そして、パッケージ内部に電解液を注液して、封止した。
ここでは、電解液として、１−エチル−３−メチルイミダゾリウムテトラフルオロボレートを減圧下で注液し、パッケージ５０のベース部５０ｂ上面に、ベース部５０ｂと同じく液晶ポリマー製の蓋体５０ａを配置し、パッケージ５０のベース部５０ｂの枠体部分に沿ってレーザー照射することにより、ベース部５０ｂと蓋体５０ａを溶着した。【００５５】
以上のように作製した電気二重層コンデンサの電気化学特性は、直流容量が４．３７ｍＦであった。
また、図５に、本実施例で作製した電気二重層コンデンサの等価直列容量の周波数特性を示す。
【符号の説明】
【００５６】
１  積層体
１１  セパレータ層
２０  正極・正極一体化シート
２０ａ  正極一体化シート
２１  正極層
２１ａ  正極集電体層
２１ｂ  正極活物質層
２１ｔ  正極外部端子電極
３０  負極・負極一体化シート
３０ａ  負極一体化シート
３１  負極層
３１ａ  負極集電体層
３１ｂ  負極活物質層
３１ｔ  負極外部端子電極
４１  正極パッケージ電極
４２  負極パッケージ電極
５０  パッケージ
５０ａ  蓋体
５０ｂ  ベース部
【図１】
2012002359.tif 000003
【図２】
2012002359.tif 000004
【図３】
2012002359.tif 000005
【図４】
2012002359.tif 000006
【図５】
2012002359.tif 000007
【国際調査報告】
2012002359.tif 000008
2012002359.tif 000009
2012002359.tif 000010
2012002359.tif 000011
2012002359.tif 000012